新型钢拱拦挡坝在泥石流作用下的抗冲击性能研究

发布时间：2017-09-01 05:24

  本文关键词：新型钢拱拦挡坝在泥石流作用下的抗冲击性能研究

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【摘要】：泥石流是我国一种常见的自然灾害,一般多发生在山区或者其他沟谷深壑等地形险峻的地区,它具有突然性以及流速快、流量大、物质容量大和破坏力强等特点。随着经济的快速发展,人类对自然环境的破坏日益严重,尤其是对植被资源的乱砍滥伐,不仅破坏了植被的生长,也破坏了动植物的生存环境,最终导致泥石流等地质灾害的频繁发生,给国民经济和人民群众的生命财产造成了严重的损失。因此,对泥石流灾害进行有效地防治是一个值得深入探讨和研究的问题。本文以宕昌县红河沟流域泥石流灾害治理为背景,通过对泥石流沟道现场实地调研情况得出,泥石流中大块石的冲击是造成拦挡坝损坏的最主要原因,尤其是对重力式拦挡坝的破坏极为严重。近些年,随着钢结构产业的迅猛发展,将钢结构和混凝土相结合的结构材料应用到修筑泥石流拦挡坝中已逐渐成为一种新的发展趋势。基于此,为了有效抵抗泥石流中大块石的冲击能力,考虑到当前泥石流拦挡结构的诸多优缺点,根据宕昌县红河沟流域泥石流沟道的地质条件及特征,并结合拱坝的受力特点和传统混凝土格栅坝的透水性特性,设计出一种具有拦、排兼备的新型网格拦挡结构,即钢拱混凝土网格坝,并运用显示动力学有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA对该坝体结构的抗冲击性能进行数值模拟研究,其所做的主要工作包括:(1)对钢拱混凝土网格坝布置的三个典型冲击部位进行了数值模拟分析,主要分析了坝体结构受泥石流冲击作用下的Von Mises应力、位移、冲击力、能量等在不同冲击部位处的动力响应变化。分析结果表明钢拱混凝土网格坝的整体刚度比较大,协调性比较好,具有较好的抵抗变形的能力,在抵抗泥石流中大块石的冲击作用有较优越的抗冲击性能。(2)为了更加全面地分析钢拱混凝土网格坝在泥石流冲击作用下的动力响应,文中分别探讨了钢柱壁厚、钢材屈服强度、钢球撞击高度、柱管内混凝土强度等级、钢球冲击速度、钢球直径尺寸等参数对钢拱混凝土网格坝冲击点与顶部点的最大位移、最大冲击力、冲击点最大应力、最大支反力的影响,并得到了这些参数对坝体结构抗冲击性能的变化规律。(3)对带支撑钢拱混凝土网格坝布置与第三章模型相同的三个典型冲击部位作为不同工况进行数值模拟分析,主要详细分析了坝体结构受泥石流冲击作用下的位移、支反力在不同冲击部位工况下的动力响应变化,并与无支撑坝体结构进行对比分析,验证了带支撑钢拱混凝土网格坝在抵抗泥石流中大块石的冲击作用能力比无支撑坝体结构表现出更加优越的抗冲击性能。
【关键词】：钢拱拦挡坝 泥石流 抗冲击性能 大块石 数值模拟 动力响应
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P642.23;TV34
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 课题研究背景及意义10-12
• 1.1.1 研究背景10-11
• 1.1.2 研究意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-16
• 1.2.1 关于泥石流分析的研究现状12-13
• 1.2.2 关于泥石流防治技术的研究现状13-15
• 1.2.3 关于泥石流拱形拦挡结构的研究现状15-16
• 1.3 主要研究内容及技术路线16-18
• 1.3.1 主要研究内容16-17
• 1.3.2 技术路线17-18
• 第2章 结构冲击理论及动力分析方法18-25
• 2.1 引言18
• 2.2 结构冲击理论概述18-21
• 2.2.1 冲击动力学理论18-20
• 2.2.2 接触动力学理论20-21
• 2.3 基于LS-DYNA的动力分析方法21-24
• 2.3.1 显式动力学分析理论21-22
• 2.3.2 显式动力学分析算法22-24
• 2.4 本章小结24-25
• 第3章 钢拱混凝土网格坝抗冲击性能分析25-45
• 3.1 钢拱混凝土网格坝的提出25
• 3.2 钢拱混凝土网格坝的设计思路25-28
• 3.2.1 钢拱网格尺寸选取25-26
• 3.2.2 设计荷载26-27
• 3.2.3 荷载组合27-28
• 3.3 钢拱混凝土网格坝的简介及计算模型28-32
• 3.3.1 钢拱混凝土网格坝简介28
• 3.3.2 钢拱混凝土网格坝计算模型28-32
• 3.4 钢拱混凝土网格坝有限元分析32-44
• 3.4.1 坝体Von Mises应力分析33-37
• 3.4.2 坝体位移分析37-39
• 3.4.3 坝体冲击力分析39-41
• 3.4.4 坝体能量分析41-44
• 3.5 本章小结44-45
• 第4章 钢拱混凝土网格坝抗冲击性能参数分析45-60
• 4.1 引言45
• 4.2 钢柱壁厚的影响45-47
• 4.3 钢材屈服强度的影响47-49
• 4.4 钢球撞击高度的影响49-52
• 4.5 柱管内混凝土强度等级的影响52-54
• 4.6 钢球冲击速度的影响54-56
• 4.7 钢球直径尺寸的影响56-58
• 4.8 本章小结58-60
• 第5章 带支撑钢拱混凝土网格坝抗冲击性能分析60-77
• 5.1 引言60-61
• 5.2 计算模型61-63
• 5.2.1 几何模型尺寸的确定61-62
• 5.2.2 有限元模型的建立62-63
• 5.3 冲击作用工况63-64
• 5.4 位移计算结果及对比分析64-70
• 5.4.1 冲击工况一下对比分析64-66
• 5.4.2 冲击工况二下对比分析66-68
• 5.4.3 冲击工况三下对比分析68-70
• 5.5 支反力计算结果及对比分析70-75
• 5.6 本章小节75-77
• 结论与展望77-80
• 参考文献80-85
• 致谢85-86
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录86

【参考文献】

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本文编号：770204